10.9. Нелинейные корректирующие устройства

Все корректирующие устройства, применяемые в системах автоматического управления, можно разделить на линейные и нелинейные. Линейные корректирующие устройства имеют ряд достоинств и широко применяются для улучшения динамических свойств как линейных (см. гл. 5), так и нелинейных автоматических систем. Вместе с тем линейным корректирующим устройствам присущи и недостатки.

К ним, в частности, следует отнести жесткую зависимость между амплитудными и фазовыми частотными характеристиками. Так, например, дифференцирующие фазоопережающие цепи создают положительный сдвиг, но одновременно вносят ослабление в области низких частот, т. е. в области спектра полезного сигнала (рис. 5.6). Этим объясняется низкая помехоустойчивость дифференцирующих цепей. Интегрирующие корректирующие контуры подавляют высокие частоты, но при этом создают запаздывание колебаний по фазе (рис. 5.12), что приводит к ухудшению переходных процессов и т. д. В то же время было бы желательно, чтобы корректирующие устройства создавали опережение по фазе без изменения амплитудной характеристики, подавляли высокие частоты без изменения фазовой характеристики, обеспечивали опережение по фазе и одновременно ослабляли высокие частоты. Эти задачи могут быть решены с помощью нелинейных корректирующих устройств.

Кроме указанных недостатков, линейные корректирующие устройства имеют ограниченные возможности в получении высоких показателей

Рис. 10.22. Переходные процессы САУ при линейной (1 и 2) и нелинейной (3) коррекции.

качества в автоматических системах. Например, если в линейной системе для повышения быстродействия (уменьшения времени установления рис. 4.1) увеличивать коэффициент усиления разомкнутой системы то это приводит к уменьшению запаса устойчивости, увеличению колебательности переходного процесса. Для иллюстрации сказанного на рис. 10.22 приведены кривые 1 и 2 переходных процессов линейной САУ при соответственно Применение линейных корректирующих устройств позволяет повысить в некоторых пределах значение коэффициента усиления системы, однако это не снимает указанного противоречия и необходимости компромиссного решения при выборе коэффициента усиления системы и настройке корректирующего устройства.

Указанное противоречие можно устранить применением нелинейных корректирующих устройств, изменяющих свое влияние на систему в зависимости от величины отклонения от установившегося режима (ошибки системы).

В результате применения такой нелинейной коррекции может быть получен желаемый процесс, изображенный, например, на рис. 10.22 кривой 3. Как видно из рисунка, он сочетает полезные свойства процессов 2 и начальная часть процесса 3 совпадает с процессом 2 линейной системы, благодаря чему обеспечивается большое быстродействие системы, а окончание процесса 3 подобно окончанию процесса т. е. является монотонным. Такой процесс может быть достигнут, например, изменением коэффициента усиления разомкнутой системы, в зависимости от величины ошибки 0. При больших 0 значение должно быть большим, чтобы обеспечить быстрое уменьшение ошибки (начальный участок кривой 3), а по мере уменьшения 0 значение должно уменьшаться для завершения переходного процесса без перерегулирования. Такое изменение может быть реализовано, например, с помощью простейшего последовательного нелинейного корректирующего устройства (рис. 10.23, а). При больших значениях напряжения ошибки нелинейное сопротивление мало и поэтому коэффициент усиления цепи велико. По мере уменьшения нелинейное сопротивление увеличивается, а коэффициент

Рис. 10.23. Последовательное нелинейное корректирующее устройство (а) и его характеристика (б).

усиления уменьшается. Примерный график зависимости от изображен на рис. 10.23, б. По такому же графику будет изменяться и коэффициент усиления системы Недостаток коррекции с помощью рассматриваемого корректирующего устройства состоит в том, что оно изменяет лишь системы, не компенсируя при этом вредное влияние инерционностей ее элементов. Из-за этого получаются малые значения в установившихся динамических режимах, а следовательно, большие динамические ошибки системы. Ниже рассматриваются некоторые разновидности нелинейных корректирующих устройств.